[发明专利]一种耐大热输入焊接的非调质高强度钢板及其制造方法

说明书

本发明公开了一种耐大热输入焊接的非调质高强度钢板及其制造方法，属于低合金钢领域，采用的技术方案是：一种耐大热输入焊接的非调质高强度钢板，所述钢板的化学成分主要包括Fe、C、Si、Mn、Ni、Nb、V、Ti、Ca、N、O及不可避免的杂质，元素质量百分含量满足9.92≤11.9‑5.3C‑0.91Mn‑0.54Ni+0.46Si‑0.73Nb+1.76V≤10.68且5.4≤C/Nb+Ti/N≤6.9。有益效果：本发明钢板成分科学配比合理，工艺易于控制，生产钢板性能稳定，综合力学性能优异，大热输入时焊接热影响区低温韧性优异，成倍提高了焊接效率；耗能较低，经济性好，成本低，适合工业生产，应用范围广。

技术领域

本发明属于低合金钢领域，具体涉及一种耐大热输入焊接的非调质高强度钢板及其制造方法。

背景技术

随着现代工业水平的不断提高，桥梁、建筑、船舶、容器等钢结构日益向大型化、安全性、耐久性、经济性兼顾的方向发展。在钢结构制造技术中，高效经济的大热输入焊接技术的重要性尤为突出。该技术主要通过多丝埋弧焊、气电立焊、电渣焊、窄间隙埋弧焊等焊接方法实现，其中多丝埋弧焊和气电立焊的应用最为普遍。气电立焊是综合普通熔化极气体保护焊和电渣焊两种方法的优点而发展起来的一种熔化极气体保护电弧焊新方法。其优点是生产率高、成本低，其能量密度比电渣焊高且更加集中，通常用于较厚的低碳钢和中碳钢厚度 12~80mm钢板的焊接。但是，普通桥梁、建筑、船舶、管线、容器用钢板在焊接热输入超过50kJ/cm时，焊接热影响区韧性通常急剧下降，不能满足大热输入高效焊接的制造要求。

针对大热输入焊接粗晶热影响区低温冲击韧性下降问题，中外学者研究了很多对策。一是TiN技术，通过抑制原奥氏体晶粒粗化而达到细化晶粒的效果，如申请号为200610047899.8的专利公开的“一种可大热输入焊接焊接的低合金高强度钢板机器制造方法” 申请号为200510047672.9的专利公开的“一种适合大线能量焊接的Nb-Ti微合金钢及其冶炼方法” 、申请号为201210048705.1的专利公开的“大热输入焊接热影响区低温韧性优异的钢板及其生产方法”。但是，在焊接过程中，熔合线附近温度往往会超过1400℃，高于TiN的热力学稳定熔点，使其发生溶解，失去抑制原奥晶粒粗化的作用效果。二是添加具有更高溶解温度的Ti氧化物的技术，Ti的氧化物在熔合线附近超过1400℃的区域也不会溶解，以稳定质点存在于钢中，在随后的冷却过程中，TiN、MnS等析出相依附于其表面析出，为针状铁素体提供异质形核核心，如申请号为201110003621.1的专利公开的“一种超大热输入焊接用结构钢及其制造方法”，然而，Ti的氧化物在钢中难于弥散分布，往往形成尺寸在5μm以上的粗大Ti氧化物，在进行低温冲击的时候可成为裂纹源，降低焊接热影响区低温冲击韧性。三是复合添加Mg、REM等形成纳米高温氧化物技术，通过控制Ca、O、S的含量，改善钢中氧化物类型，防止氧化物粗化，并使氧化物在钢中弥散分布为针状铁素体转变提供异质形核核心，如申请号为201580054877.1的专利公开的“大线能量焊接用钢板”、 申请号为201210284441.X 的专利公开的“一种可大热输入焊接的低温钢板的生产方法”、 申请号为201510974660.4的专利公开的“一种大线能量焊接热影响区韧性优异的后钢板及其制造方法”等。四是复合添加V-Ti-N的组织细化技术，通过控制V、Ti、N之间的配比使第二相粒子主要为钛、钒的氮化物，诱导针状铁素体形核，从而解决大热输入焊接粗晶热影响区低温冲击韧性下降问题，如申请号为201510830395.2的专利公开的“可大线能量焊接的海洋平台用钢板及制备方法”、申请号为201610587965.4的专利公开的“一种可大线能量焊接的基地船用钢板及其制备方法”。目前，采用氧化物冶金技术，难于实现工业规模生产，存在液相反应难以控制、炼钢成本高等弊端；采用增氮技术，生产的钢板N含量偏高，一般为60~140ppm，往往提高时效脆化倾向，研究工艺简单、成本低、力学性能优异的制造方法是本领域急需解决的技术问题。

发明内容